时程分析法.pptx

第第4 4讲讲 时程分析法时程分析法4-1 4-1 4-1 4-1 弹性时程分析法弹性时程分析法弹性时程分析法弹性时程分析法4-2 4-2 4-2 4-2 弹塑性时程分析法弹塑性时程分析法弹塑性时程分析法弹塑性时程分析法结构动力响应分析结构动力响应分析-振型叠加法结构动力响应分析-振型叠加法结构动力响应分析-振型叠加法结构动力响应分析-振型叠加法结构动力响应分析-振型叠加法结构动力响应分析-振型叠加法结构动力响应分析-振型叠加法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法图 5 线性加速度示意结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法图 6 Wilson-法示意结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法图 7 内载荷变化结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法结构动力响应分析-直接积分法阻尼定义与分类阻尼是一种能量耗散机制，它使振动随时间减弱并最终停止。阻尼的数值主要取决于材料、运动速度和振动频率。阻尼可分类如下：粘性阻尼滞后或固体材料阻尼库仑或干摩擦阻尼粘性阻尼粘性阻尼一般物体在液体中运动时存在；阻尼力与速度成正比，动力学分析应当考虑粘性阻尼比例常数 c 称作阻尼常数通常用阻尼比 x（阻尼常数 c 对临界阻尼常数 cc*的比值）表示临界阻尼为系统出现振荡和非振荡行为临界状态时的阻尼。*对一个质量为 m，频率为 w的单自由度弹簧质量系统,cc=2mw滞后和固体材料阻尼是材料的固有特性在动力学分析中应该考虑认识还不是很透彻，很难定量确定滞后和固体材料阻尼滞后和固体材料阻尼库仑或干摩擦阻尼物体在干燥表面上滑动时的阻尼；阻尼力与表面法向接触力成正比；比例常数 m 就是摩擦系数；动力学分析中一般不予考虑。库仑或干摩擦阻尼库仑或干摩擦阻尼阻尼矩阵在ANSYS中,阻尼是各种指定阻尼的和 CaMb bc Kbjm(2/W)bj xCk Cx结构阻尼矩阵结构质量矩阵因子(ALPHAD)结构质量矩阵结构刚度矩阵因子(BETAD)变刚度矩阵乘子(DMPRAT)结构刚度矩阵对于材料j的刚度矩阵乘子(MP,DAMP)临界阻尼比(MP,DMPR)单元阻尼矩阵(单元实常数)与频率相关的阻尼矩阵(DMPRAT和MP,DAMP)三种形式阻尼的定义方法ANSYS 允许上述所有三种形式的阻尼通过规定阻尼比x,Rayleigh阻尼常数 a，或定义带有阻尼矩阵的单元，可将粘性阻尼纳入考虑；通过规定另一种Rayleigh 阻尼常数 b可将滞后或固体阻尼纳入考虑；通过规定带有摩擦性能的接触表面单元和间隙单元，可将库仑阻尼纳入考虑；三种形式阻尼的定义方法Rayleigh 阻尼常数a 和 b 用作矩阵 M 和 K 的乘子来计算 C:C=aM+bK a/2w+bw/2=x 其中：w 是频率,x 是阻尼比在不能定义阻尼比 x时，需使用这两个阻尼常数 a 是粘度阻尼分量，b 是滞后或固体或刚度阻尼分量三种形式阻尼的定义方法a Alpha阻尼亦可称作质量阻尼只有当粘度阻尼是主要因素时才规定此值，如在进行各种水下物体、减震器或承受风阻力物体的分析时如果忽略b 阻尼，a 可通过已知值x（阻尼比）和已知频率w来计算：a=2xw 因为只允许有一个a值,所以要选用最主要的响应频率来计算 aa=a=31205三种形式阻尼的定义方法b阻尼Beta亦可称作结构或刚度阻尼是大多数材料的固有特性b阻尼对每一个材料进行规定（作为材料性质DAMP），或作为一个单一的总值如果忽略a阻尼，b可以通过已知的x（阻尼比）和已知频率w来计算：b=2x/w选用最主要的响应频率来计算bb=b=0004000300010002 三种形式阻尼的定义方法定义a 和 b阻尼：使用方程 a/2w+bw/2=x近似地假设a和b 阻尼的总和在频率范围w1 至w2 之间是一个长阻尼比x，给出两个联立方程，从而可以计算出a 和 bx=a/2w1+bw1/2x=a/2w2+bw2/2a+ba+bb ba aw w1w w23.3算法的精度算法的精度3.3算法的精度3.4 地震波的选取3.4 地震波的选取3.4 地震波的选取地震波的选取3.4 地震波的选取地震波的选取延性（Ductility）的定义Paulay和Priestley的定义：结构或构件的滞回延性，是指在抗力没有明显下降的情况下，结构或构件所能经受的反复弹塑性变形循环的能力。（1）结构或构件至少能够经受住5次反复的弹塑性变形循环，而且最大幅值可达设计容许变形值；（2）结构或构件在经历反复的弹塑性变形循环时，抗力的下降量始终不超过最大抗力的20。（国内常用15）延性指标曲率延性系数（曲率延性比）位移延性系数（位移延性比）曲率延性比屈服曲率极限曲率位移延性比 集中塑性单元模型 分布塑性单元模型杆系模型杆系模型集中塑性单元模型的优缺点优点：对计算机存储容量要求较低，耗费机时少、数值稳定缺点：无法反映钢筋混凝土构件的非弹性变形区域具有一定的长度、而且这个塑性区长度是随加载历史的变化而变化的这一客观规律。分布塑性单元模型分段变刚度模型曲线分布柔度模型有限单元模型 经典刚度法单元（位移插值函数）基于柔度法单元（内力插值函数）中震分析设计抗规中对中震设计的内容涉及很少，仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的判断标准和设计要求，我国目前的抗震设计是以小震为设计基础的，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的，但随着复杂结构、超高超限结构越来越多，对中震的设计要求也越来越多，目前工程界对于结构的中震设计有两种方法：第一种按照中震弹性设计；第二种是按照中震不屈服设计；而这两种设计方法在MIDAS/Gen中都可以实现中震分析设计一、中震弹性设计一、中震弹性设计结构的抗震承载力满足弹性设计要求，最大地震影响系数按表1取值，在中震作用下，设计时可不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），但应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，构件的承载力计算时材料强度采用设计值。设防烈度设防烈度7 7度度7.57.5度度8 8度度8.58.5度度9 9度度小震小震0.080.080.120.120.160.160.240.240.320.32中震中震0.230.230.330.330.460.460.660.660.800.80大震大震0.500.500.720.720.900.901.201.201.401.40中震放大系数中震放大系数2.8752.8752.752.752.8752.8752.752.752.52.5大震放大系数大震放大系数6.256.256 65.6255.6255 54.3754.375表1地震影响系数（为相对于小震的放大系数）中震分析设计1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱主菜单荷载反应谱分析数据反应谱函数：定义中震反应谱，即在定义相应的小震反应谱基础上输入放大系数即可，值按表1取用。中震分析设计2、定义设计参数时，将抗震等级定为四级，即不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数）。主菜单设计钢筋混凝土构件设计参数定义抗震等级：将抗震等级定为四级即可。3、其它操作均同小震设计。中震分析设计二、中震不屈服设计二、中震不屈服设计地震作用下的内力按中震进行计算，最大地震影响系数按表1取值，地震作用效应的组合均按高规第5.6节进行，但分项系数均取1.0，计算可不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），构件的承载力计算时材料的强度取标准植。1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱内容同中震弹性设计。2、定义设计参数时，将抗震等级定为四级，即不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数）。内容同中震弹性设计。中震分析设计3、定义荷载组合时将地震作用分项系数取为1.0。主菜单结果荷载组合：将各项荷载组合中的地震作用分项系数取为1.0即可。中震分析设计4、将材料分项系数定义为1.0，即构件承载力验算时取用材料强度的标准植。主菜单设计钢筋混凝土构件设计参数材料分项系数：将材料分项系数取为1.0即可。5、其它操作均同小震设计。